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力率計測装置 コモンズ 外国出願あり

国内特許コード P130008851
整理番号 2011-038-2
掲載日 2013年3月28日
出願番号 特願2012-110116
公開番号 特開2013-238434
登録番号 特許第6083690号
出願日 平成24年5月11日(2012.5.11)
公開日 平成25年11月28日(2013.11.28)
登録日 平成29年2月3日(2017.2.3)
発明者
  • 辻本 浩章
出願人
  • 公立大学法人大阪市立大学
発明の名称 力率計測装置 コモンズ 外国出願あり
発明の概要 【課題】小型であり、1つの素子で力率を計測できる力率計測装置が望まれている。
【解決手段】前記電源に対して前記負荷と並列に連結するための一対の連結端(12)と、同一外部磁界によって電気抵抗の変化が異なる2つの磁性素子(21、22)と、前記2つの磁性素子の差動電圧を出力する一対の計測端子(13)と、前記一対の連結端(12)と接続される一対のセンサ端子(10t)を含む力率センサ部(10)と、前記計測端子(13)間の電圧を計測する電圧検出部(15)と、前記電圧検出部(15)の出力に接続されたローパスフィルタ(16)と、前記電圧検出部(15)の出力に接続されたハイパスフィルタ(17)と、前記ハイパスフィルタ(17)に接続された整流器(18)と、前記ローパスフィルタ(16)の出力と、前記整流器(18)の出力を除算する除算手段(19)を有することを特徴とする力率計測装置。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


交流電源を用いてリアクタンス成分を有する負荷を駆動する場合は、電圧と電流に位相差が生じる。この位相差によって、消費される電力は、有効電力と無効電力が生じる。無効電力の増大は、電源の有効利用にならないため、当然低減し、有効電力を増大させることが望ましい。



電源から供給される電力に対して有効電力の割合を力率と呼び、通常cosθで表す。ここでθは、電流-電圧の位相差である。有効電力をできるだけ大きくするためには、電力消費回路における力率を計測し、力率が大きくなるように回路を調整する必要がある。特に、省エネという観点からは、力率の表示が現在の運転効率を直接表示することになり、力率を高めて効率的な運転を目指すとともに、力率の直接計測が望まれる。



しかしながら、回路で消費される電力の力率は、無効電力を計測することで行われる場合が多い。これは、互いに90°位相のずれた電圧、電流信号の積を取ることで求める。この90°の位相シフトには、変圧器や積分回路といった要素が用いられていた。しかし、このような方法は、負荷変動の際には、無効電力の計算が複雑になるという課題があった。



この課題を解決するために特許文献1では、交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた電圧データおよび電流データをサンプリングポイント毎に記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段とを備え、前記メモリ手段は前記電圧データおよび電流データを同位相で1周期分記憶し、前記疑似無効電力演算手段は前記メモリ手段により記憶された所定周期分の電圧データおよび電流データについて、各サンプリングポイントの電流データと90°位相がずれたサンプリングポイントの電圧データをそれぞれ循環的に乗算し、それらの乗算値の平均から無効電力を演算する。

産業上の利用分野


本発明は誘導負荷を有する電気回路に置ける消費電力の力率を計測する装置に係るものであり、特に磁性膜の磁気抵抗効果を利用した力率計測装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
第1端子及び第2端子に接続された電源に接続線を介して接続された負荷において消費される電力の力率を測定する力率計測装置であって、
前記負荷と並列に連結された力率センサ部であって、
抵抗素子を介することなく前記第1端子と接続された第1磁性素子と、前記第1磁性素子と前記第2端子との間に接続された第1計測抵抗と、
抵抗素子を介することなく前記第1端子と接続された第2磁性素子と、前記第2磁性素子と前記第2端子との間に接続された第2計測抵抗と、
を有し、前記第1磁性素子及び前記第2磁性素子は、バイアス手段から互いに逆方向のバイアスが印加されることによって電気抵抗の変化が外部磁界に比例するが、その比例係数の符号が互いに異なり、長手方向が前記接続線と平行かつ前記接続線から等距離に配置され、前記第1計測抵抗および前記第2計測抵抗は同一の固定抵抗値を有し、該固定抵抗値は、前記第1磁性素子及び前記第2磁性素子に流れる電流が前記固定抵抗値に反比例するとみなせる程度に十分大きい、力率センサ部と、
前記第1磁性素子と前記第1計測抵抗との接続箇所の電圧と、第2磁性素子と前記第2計測抵抗との接続箇所の電圧との間の、前記負荷において消費される電力の有効電力に比例する成分および皮相電力に比例する成分を含む差動電圧を検出する電圧検出部と、
前記差動電圧に基づいて前記力率を算出する力率算出部と、を備える、力率計測装置。

【請求項2】
前記力率算出部は、
前記電圧検出部の出力に接続されたローパスフィルタと、
前記電圧検出部の出力に接続されたハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの出力に接続された整流器と、
前記ローパスフィルタの出力を、前記整流器の出力で除算する除算手段と、
を有する、請求項1に記載の力率計測装置。

【請求項3】
前記第1磁性素子は、
短冊状の第1磁性膜と、
前記第1磁性膜の両端に設けられた一対の第1素子端子と、
前記第1磁性膜の膜面に平行に磁界を印加する第1バイアス部であって、前記磁界の方向と、前記一対の第1素子端子間を流れる電流の方向との間には所定の角度がある、第1バイアス部と、を有し、
前記第2磁性素子は、
短冊状の第2磁性膜と、
前記第2磁性膜の両端に設けられた一対の第2素子端子と、
前記第2磁性膜の膜面に平行に磁界を印加する第2バイアス部であって、前記磁界の方向と、前記一対の第2素子端子間を流れる電流の方向との間には所定の角度がある、第2バイアス部と、を有し、
前記第1磁性素子における前記所定の角度は、前記第2磁性素子における前記所定の角度とは異なる、請求項1に記載の力率計測装置。

【請求項4】
前記第1磁性素子は、
短冊状の第1磁性膜と、
前記第1磁性膜の両端に設けられた一対の第1素子端子と、
前記第1磁性膜の表面に形成された複数の第1導体であって、前記第1素子端子間の方向と、前記複数の第1導体との間には所定の角度がある、複数の第1導体と、を有し、
前記第2磁性素子は、
短冊状の第2磁性膜と、
前記第2磁性膜の両端に設けられた一対の第2素子端子と、
前記第2磁性膜の表面に形成された複数の第2導体であって、前記第2素子端子間の方向と、前記複数の第2導体との間には所定の角度がある、複数の第2導体と、を有し、 前記第1磁性素子における前記所定の角度は、前記第2磁性素子における前記所定の角度とは異なる、請求項1に記載の力率計測装置。

【請求項5】
前記第1磁性素子における磁化容易軸と、前記第1磁性素子に流れる電流の方向と、の間の角度は、
前記第2磁性素子における磁化容易軸と、前記第2磁性素子に流れる電流の方向と、の間の角度と異なる、請求項1に記載の力率計測装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012110116thum.jpg
出願権利状態 登録


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